Получение аллилового спирта гидролизом хлористого аллила

,

.

4. Определяем количество тепла, которое необходимо для нагревания до температуры химической реакции: ,

5.Определяем количество потерь тепла:

6. Определим тепловую нагрузку на реактор:

QF < 0 - для поддержания заданной температуры нужен теплоноситель;

Определим поверхность теплообмена реактора:

.

Данные, полученные в результате расчета теплового баланса сводим в табл. 7.

Таблица 7

Тепловой баланс

Вывод: реакция эндотермическая, QF > 0, то есть для поддержания заданной температуры химической реакции необходимо подводить тепло в количестве 180169,75 кДж/мин.

5.3 Расчет объема реактора

Гидродинамический режим в РИВ характеризуется тем, что любая частица потока движется только в одном направлении по длине реактора; обратное (продольное) перемешивание и перемешивание по сечению аппарата отсутствуют.

В РИВ состав реакционной массы изменяется по длине реактора, поэтому материальный баланс по одному из компонентов необходимо составлять для элементарного объема аппарата dV [64].

Материальный баланс по одному из компонентов в общем виде выражают соотношением [18]:

?Gприх = ?Gрасх + ?Gпотерь.

Gi = Gi + dGi + vrdV.

Учитывая, что dGi = d[Gi,0(1-xi)] = -Gi,0dxi, находим выражение по одному из компонентов для элементарного объема реактора dV:

Gi,0dxi = vrdV = GvCi,0dxi,

где Gv - объемный расход реакционной массы;

Gi,0 - массовый расход реакционной массы;

Ci,0 - концентрация реагента на входе в реактор.

Чтобы получить проектное уравнение для РИВ, необходимо в последнем уравнении разделить переменные и проинтегрировать его, учитывая, что скорость реакции зависит от концентрации веществ или степени превращения. После несложных операций получаем:

откуда время контакта реагентов в РИВ [61]:

Так как нам известно время реакции, выражаем объем:

.

Таким образом, объем реактор составит:

V = 3,5 мин • 11,287 л/мин = 39,505 л = 0,034 м3.

6. Операторная модель химико-технологической системы

Операторная схема жидкофазного гидролиза хлористого аллила в аллиловый спирт представлена на рисунке 9.

Хлорпроизводное и водный раствор гидролизирующего агента подают на всасывающую линию компрессора 2, который эмульгирует смесь и сжимает её до давления 15 атм. Причем переключающее устройство гидравлического клапана пускает в действие поршневую ступень компрессора. При этом, в системе давление повышается до желаемого уровня.

В подогревателе 3 реакционная масса нагревается до температуры 1400С, и в изолированном от теплопотерь реакторе 4 процесс ведут до высокой степени конверсии хлорпроизводного (95% и более). После этого жидкость дросселируют в клапане редуктора 5 почти до атмосферного давления, причем часть ее в испарителе - сепараторе 6 испаряется и пары отделяются от жидкости. Органические продукты отгоняют с острым водяным паром; из нижней части испарителя 6 отводят раствор хлористого натрия и избыток щелочи.

В ректификационной колонне 7 аллиловый спирт отделяют, азеотропной перегонкой от диаллилового эфира. Из верхней части колонны при 77,8°С отбирают тройную азеотропную смесь аллилового спирта, диаллилового эфира и воды. Смесь поступает в сепаратор 8, где разделяется на два слоя: нижний (89,5% воды, 10% аллилового спирта и 0,5% диаллилового эфира), и верхний (90% диаллилового эфира; 8,6% аллилового спирта и 1,4% воды). Из сепаратора 8 верхний слой перетекает в аппарат 9, куда также подают воду для извлечения аллилового спирта в сепараторе 10. Из нижней части колонны 7 жидкость направляют в ректификационную колонну 11 для выделения аллилового спирта.

В процессе синтеза, с ректификационных колонн 7, 11, 13 аллиловый спирт поступает в сборник 14.

Рис. 9. Операторная схема получения аллилового спирта из хлористого аллила:

1 - смеситель; 2 - компрессор; 3 - подогреватель; 4 - реактор; 5 - редуктор; 6 - испаритель - сепаратор; 7, 11, 13 - ректификационная колонна; 8, 10 - сепаратор; 9, 12 - смеситель; 14- сборник

Щелочь из испарителя - сепаратора 6 вновь возвращается на стадию синтеза.

Побочные продукты от ректификационных колонн 11 и 13: вода и диаллиловый эфир, поступают на стадию утилизации сырья.

Выводы

Разработка и оптимизация методов получения аллилового спирта является актуальной в химической технологии.

Пропеновый спирт, полупродукт производства глицерина, синтетических смол и пластических материалов, и используется в производстве фармацевтических препаратов и в химическом синтезе вообще, но самое большое применение аллиловый спирт нашел в производстве различных сложных эфиров аллила, из которых наиболее важными являются диаллил - фталат и диаллил - изофталат , которые служат в качестве мономеров и реполимеров .

1. На основании анализа литературных данных выбран метод получения аллилового спирта гидролизом хлористого аллила.

Гидролиз проводят в жидкой фазе при 140 - 150 °С, давлении 10 - 15 атм.

Аллиловый спирт по этой реакции получается высокой чистоты с конечным выходом 92%.

2. Термодинамический расчет показал, что реакция является эндотермической (ДH > 0), протекает с небольшим поглощением тепла. Процесс характеризуется маленькими значениями Кр. С увеличением температуры константа равновесия увеличивается, а, следовательно, увеличивается выход продукта. В указанных условиях реакция протекает самопроизвольно, т.к. значения энергии Гиббса отрицательны (G 0). Процесс идет с поглощением тепла и с увеличением температуры, значит, в соответствии с принципом Ле-Шателье равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Изменение концентрации реагирующих веществ приведет к смещению равновесия в сторону образования продуктов реакции (по принципу Ле-Шателье).

3. Реакция протекает по механизму электрофильного замещения.

4. Для проведения процесса гидролиза хлористого аллила в соответствии с условиями протекания реакции выбран реактор с трубчатого типа. Смесь реакционных веществ предварительно сжимают до рабочего давления.

5. Материальный баланс процесса жидкофазного гидролиза хлористого аллила рассчитывается исходя из теоретических данных. Процесс осуществляется при температуре 140 оС; конечный выход аллилового спирта 92%, степень конверсии 86%. Селективность получаемого спирта составляет 88%. Расчет материального баланса показывает, что для получения 12,24 кг/мин аллилового спирта необходимо взять 21,35 кг/мин хлористого аллила и 5,04 кг/мин воды.

Из расчета материального баланса видно, что процесс подчиняется закону сохранения массы. Выход продукта невелик, т.к. имеются потери из-за неполного превращения исходных веществ. Определение тепловой нагрузки на реактор показало, что тепловой баланс подчиняется закону сохранения энергии. Реакция эндотермическая, QF > 0, то есть для поддержания заданной температуры химической реакции необходимо подводить тепло в количестве 180169,75 кДж/мин. С учетом тепловой нагрузки поверхность теплообмена равна 151,59 м2.

6. В работе предложена операторная схема процесса. Предусмотрено возвращение не прореагировавшей щелочи в реакцию. После химического превращения исходных реагентов в реакторе, они направляются на ректификацию, где происходит отделение аллилового спирта. Также в процессе используются компрессор и редуктор для создания необходимых технологических условий.

Список литературы

1. Краткая химическая энциклопедия, «Современная энергия» т.1, М: 1961

2. Химическая энциклопедия т.4, гл. ред. Зефиров Н.С., М: 1995, «Большая Российская энциклопедия»

3. Лосев И.И., Е.Б. Тростянская, химия синтетических полимеров, «Химия», М: 1964.

4. Общая органическая химия, под ред. Д.Бартона, В.Д. Опписса, т.2 Кислородсодержащие соединения, под ред. Дж. Ф. Стоддарта - пер. с англ.под ред. Н.Н. Кочеткова и А.И. Усова- М: Химия 1982.- 856с.

5. Синтезы органических препаратов, сб.1, М: 1949. - стр. 25-28

6. «Справочник химика» т. 2, Л.-М.: Химия, 1964. - стр. 412-413

7. Гурвич Я.А. «Справочник молодого аппаратчика- химика» М.: Химия, 1991.- стр. 229

8. Рабинович В.А., Хавин З.Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977. - стр. 122

9. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. «Краткий справочник по химии» Киев: Наукова думка, 1965. - 837с.

10. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. «Органическая химия» М.: Высшая школа, 1969. - 973с.

11. Жиряков В.Г. «Органическая химия» М.: Химия, 1978. - 408с.

12. Кузьменко Н.Е. и др. Химия. Для школьников ст. кл. и поступающих в вузы: Учеб. Пособие Н.Е. Кузьменко, В.В.Еремин, В.А. Попков.- 4-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2001. - 544с.

13. В. Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин и др. «Органическая химия», уч. Для вузов в 2х книгах, М.: Дрофа, 2003 кн.1 Основной курс - - 640 с.

14. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1988. - 592 с.

15. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. Пер. с анг. под ред. Проф. Варшавского Я. М. Изд. 3-е, М., «Химия», 1977. - 320 с.

16. Х. Крамерс, К. Вестерп Химические реакторы расчет и управление ими М., издательство «Химия». 1967. - 265 стр.

17. И. П. Мухленов, Д. А. Кузнецов, А. Я. Авербух, А. Г. Амелин, Е. С. Тумаркина, И. Э. Фурмер Общая химическая технология . В 2х частях. Под ред. И. П. Мухленова. Учебник для вузов. Ч. 2 Важнейшие химические производства. Изд. 3-е перераб. И доп. М., «Высшая школа», 1977. - 288с.

18. Амелин А.Г., А.И. Малахов, Зубова И.Е., Зайцев В.Н. Общая химическая технология. Под ред. Амелина А.Г. М, , «Химия», 1977. - -400с.

19. Р. Михаил, К. Кырлогану Реакторы в химической промышленности, Изд. «Химия», ленинградское отделение, 1968. - 388 с.

20. Лебедев Н. Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. - М.: Химия, 1975. - 736 с.

21. Кувшинский М. Н., Соболева А. П., Курсовое проектирование по предмету «Процессы и аппараты химической промышленности»: Учеб. Пособие для учащихся вузов.- 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Высш. Школа, 1980. - 223с.

22. Рейхсфельд В. О., Шеин В. С., Ермаков В. И. Реакционная аппаратура и машины заводов основного органического синтеза и синтетического каучука: Учебное пособие для вузов.- 2-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1985. - 264с.

23. Хардин А.П., Новаков И.А., Каргин Ю.Н. «Технология химических производств», учеб. Пособие., Волгоград, Волгоградский политехнический институт. 1984. - 140 с.

24. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия: Учеб. для вузов.-М.: Высшая школа, 1981. - 592с.

25. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия: Учеб. пособие для студентов вузов. - М: Мир, 1974. - 1136с.

26. Общая органическая химия / Под. ред. Н.К. Кочеткова: В 2т. Т.2. - М.: Химия, 1982. - 856с.

27. Керн Ф., Сандберг Р. Углубленный курс органической химии: Учеб. пособие для студентов вузов. - М.: Химия, 1981. - 456с.

28. Березин Б.Д., Березин Д.Б.. Курс современной органической химии: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1999. - 768с.

29. Справочник химика / Под. ред. Б.П. Никольского. В 6т. Т.2. - Л.: Химия, 1971. - 1113с.

30. Физер Л., Физер М. Органическая химия. В 2т. Т.1: Пер. с англ. - М.: Химия, 1966. - 680с.

31. Артеменко А.И. Органическая химия: Учеб. для спец. вузов. - 3-е изд. - М.:Высш. шк., 1999. - 695с.

32. Гауптман 3., Грефе Ю., Ремане X. Органическая химия: Пер. с нем. - М.: Химия, 1979. - 832с.

33. Жиряков В.Г. Органическая химия: Учеб. для вузов. -М.: Химия, 1977. - 408с.

34. Шабаров Ю.С. Органическая химия: Учеб. пособие для студентов вузов. - 2-е изд. перераб. - М.: Химия, 1994. - 848с.

35. А.С. 960159 СССР, МКИ С07 СЗЗ/22. Селективное окисление бензилового спирта / Винц В.В., Грожан М.М., Гендолас Г.Д. и др. (СССР). - № 2875604; Заявлено 22.11.79; Опубл. 23.09.82, Бюл. № 35. - 2с.

36. Терней А. Современная органическая химия: Учеб. пособие для студентов вузов. -М.: Мир, 1981. - 680с.

37. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. - 2-е изд. - М.: Химия, 1976. - 546с.

38. Нейланд О.Я. Органическая химия: Учеб. для хим. Спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1990. - 751с.

39. Репинская И.Б., Шваруберг М.С. Избранные методы синтеза органических веществ. Пер. с нем. - Новосибирск.: Новосибирский университет, 2000. - 284с.

40. Рид. Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. - Л.: Химия, 1982. - -592с.

41. Краткий справочник физико - химических величин / Под. ред. А.А. Равделя. - С-Пб.: Химия, 1999. - 184с.

42. Лебедев Н.Н., Манаков М.Н., Швед В.Ф. Теория химических процессов основного органического и нефтехимического синтеза. - 2-е изд. перераб. - М: Химия, 1984. - 376с.

43. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. - 2-е изд. - М: Химия, 1968. - 848с.

44. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. - 3-е изд., стер.- М: Химия, 1994. - 435с.

45. Лебедев Н.Н., Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза- 2-е изд. перераб. - изд. «Химия», М.: 1971. - 609с.

46. Николаев Л.А, Неорганическая химия: Учеб. Пособие для студентов пед. институтов по химии и биологии. Спец. - 2-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 1982. - 374с.

47. Петров М.М., Михелев Л.А., Кукушкин Ю.Н. Неорганическая химия.: Учебное пособие для техникумов/ Под ред. Ю.Н. Кукушкина. -2-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1981. - 281с.

48. Петров М.М., Михелев Л.А., Кукушкин Ю.Н. Неорганическая химия.: Учебное пособие для техникумов/ Под ред. Ю.Н. Кукушкина. -3-е изд., перераб.- Л.: Химия, 1981. - 283с.

49. Г. Реми. Курс неорганической химии. 1 том; издательство «Иностранная литература», 1963. - 76с.

50. Г. Реми. Курс неорганической химии. 2 том; издательство «Иностранная литература», 1963. - 77с.

51. Краткий справочник физико-химических величин/ Под ред. К.П. Мищенко и А.А. Ревделя. -4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1965.- -79с.

52. А.С. 439960 СССР, МКИ С07с СЗЗ/02. Способ получения аллилового спирта / Шарфе Г., Швердтель В., Шводенк В. и др. (ФРГ). - № 1455098; Заявлено 02.07.70; Опубл. 15.08.74, Бюл. № 30. - 3с.

53. А.С. 525655 СССР, МКИ С07с С21/04. Способ получения хлористого аллила / Шарифов Г.С., Джабиев Р.А., Свердлов Р.Ш. и др. . - № 2056133; Заявлено 28.08.74; Опубл. 25.08.76, Бюл. № 31. - 2с.

54. А.С. 345669 СССР, МКИ С07с С33/02. Способ получения аллилового спирта / Рошер Г., Шмитц Х. (ФРГ). - № 147965; Заявлено 25.09.70; Опубл. 14.07.72, Бюл. № 22. - 2с.

55. А.С. 706394 СССР, МКИ С07с С33/02. Способ получения аллилового спирта / Кибина И.Ю., Мусантаева Ш., Щелкунов А.В. - № 2600957; Заявлено 05.04.78; Опубл. 30.12.79, Бюл. № 48. - 2с.

56. А.С. 345119 СССР, МКИ С07с СЗЗ/02. Способ получения аллилового спирта / Бересь Я., Бекеж Я., Хетпер Я. и др. (Польская народная республика). - № 1172811; Заявлено 15.07.67; Опубл. 14.07.72, Бюл. № 22. - 3с.

57. А.С. 509575 СССР, МКИ С07с СЗЗ/02. Способ обезвоживания аллилового спирта / Полковникова А.Г., Гин Е.И., Верещагина Т.М.- - № 2024161; Заявлено 17.05.74; Опубл. 05.04.76, Бюл. № 13. - 3с.

58. Пузаков С.А., Попков В.А. Пособие по химии для поступающих в вузы. Учеб. пособие.- 2-е изд., перераб. И доп.- М.: Высшая школа 2001.-

-575с.

59. П. Сайкс. Механизмы реакций в органической химии ? 4-е изд. Пер. с англ. / Под ред. В. Ф. Травеля. ? М.: Химия, 1991. ? 448 с.

60. Денисов Е. Т. Кинетика гомогенных химических реакций: Учеб. пособие для химических спец. университетов. ? М.: Высшая школа, 1978. ? 367 с.

61. Попов Ю. В., Но Б. И. Основы инженерной химии: Учебное пособие / ВолГТУ.? Волгоград: Политехник, 1999. ? 180 с.

62. Рубанова Р. А, Бутов Г. М. и др. Механизмы реакций в органической химии: Учебное пособие / ВолГТУ ? Волгоград: Политехник, 2005.? - 199 с.

63. Зорина Г. И., Гуреев Н. Г., Курунина Г. М. и др. Химическая кинетика. Лабораторный практикум по физической химии: Учеб. Пособие.- ВолгГТУ, Волгоград, 2004. - 64 с.

64. Смирнов Н.Н., Волжинский А. И. Химические реактора в примерах и задачах. ? Л.: Химия, 1986. ? 226 с.

Размещено на Allbest.ru